CN108709510B - 一种基于脉冲阴影成像的激光靶弹丸脱靶量测量校准方法 - Google Patents

一种基于脉冲阴影成像的激光靶弹丸脱靶量测量校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于脉冲阴影成像的激光靶弹丸脱靶量测量校准方法，在激光光幕中设置特制的玻璃线纹尺，用于标定激光光幕的位置，同时在启动靶与停止靶中采用脉冲平行光源照射相机，对弹丸和玻璃线刻尺上用于标定激光光幕位置的标志线进行阴影成像，再利用玻璃线纹尺上经计量过的刻线间距标定像素尺寸，测量弹丸弹尾与标志线(即激光光幕)之间的距离，可精确测量出弹丸的脱靶量，并实现脱靶量测量值的溯源校准；采用背光阴影成像的方式，相比较前景光照明，所需脉冲光源的能量小，且对弹丸的材质，飞行姿态要求低，提高了弹丸的捕获率。

Description

一种基于脉冲阴影成像的激光靶弹丸脱靶量测量校准方法
技术领域
本发明属于光电检测技术领域，具体涉及一种基于脉冲阴影成像的激光靶 弹丸脱靶量测量校准方法。
背景技术
弹丸速度是衡量武器性能优劣的一项重要指标，激光光幕测速系统(简称 激光靶)因其精度高、响应速度快、灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量等 优点常用于靶场弹丸速度的高精度测试及测速设备的校准装置。激光靶采用区 截测试方法，即通过测试弹丸经过两光幕产生的脉冲时间间隔，再由所测得的 靶距计算出弹丸速度。因启动靶和停止靶的弹丸过靶信号经光电检测及调理整 形在后沿跌落一半(对应弹尾离开光幕时刻)产生计时脉冲需要信号传输处理 时间，致使对应脉冲计时时刻弹丸弹尾的实际位置与激光光幕间存在距离，将 其定义为脱靶量。又因弹丸经过启动靶和停止靶分别产生脉冲计时时刻的响应 一致性存在差异，致使弹丸经过光幕产生脉冲计时时刻的位置与光幕实际位置 关系不一致，将导致在计时时刻的间隔内弹丸飞行距离不等于实际靶距，从而 测出的弹丸速度存在一定的误差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于脉冲阴影成像的激光靶弹丸脱靶 量测量校准方法，可以对弹丸脱靶量进行精确测量，并对测量值实现计量溯源， 由此可修正弹丸速度误差。
一种激光靶弹丸脱靶量测量校准方法，包括如下步骤：
步骤1、在弹丸(5)飞行路径上间隔设定距离搭建启动靶分系统和停止靶 分系统；其中，两个分系统均包括激光靶(1)、玻璃线纹尺(2)、脉冲平行光 源(3)以及相机(4)；脉冲平行光源(3)与相机(4)分别架设在激光靶(1) 的激光光幕两侧；脉冲平行光源(3)对准相机(4)的图像传感器，并覆盖图 像传感器整个幅面；
所述玻璃线纹尺(2)为长方体玻璃块，两个相对的侧面上对称位置上设置 有光幕标志线(8)和分划刻度7；玻璃线纹尺(2)置于沿弹丸(5)飞行弹道 高度的激光光幕面内；玻璃线纹尺(2)上两侧面的光幕标志线(8)与激光光 幕平面重合；
步骤2、当弹丸(5)射出并通过启动靶分系统的激光光幕时，接收激光靶 (1)产生的弹丸过靶信号；在弹丸过靶信号的上升沿的设定位置时控制相机(4) 打开快门；在弹丸过靶信号下降到峰值一半时，控制脉冲平行光源(3)发光照 明；在相机(4)获得图像中，计算光幕标志线(8)与弹丸(5)弹尾间的距离 即为脱靶量的测量值l1，l1＝n1×m；其中，n1为图像中光幕标志线(8)与弹丸(5) 弹尾间的像素的数量；m为单个像素的尺寸；单个像素的尺寸m等于玻璃线纹尺 (2)的分划刻度的计量值a和其在相机(4)的图像传感器上投影所占的像元数 N的比值m＝a/N；
步骤3、在弹丸(5)飞行到停止靶分系统的激光光幕时，按照与启动靶分 系统测量弹丸(5)脱靶量的方法相同，获得在弹丸(5)经过停止靶分系统的 激光靶(1)时的脱靶量l2；
步骤4、根据步骤2获得的脱靶量l1和步骤3获得的脱靶量l2，计算靶距修 正量为其中，s为启动靶分系统和停止靶分系统中两个激光光幕的距 离。
较佳的，通过射击一组弹丸(5)，求取启动靶分系统与停止靶分系统脱靶 量的差值的平均值得到靶距修正为
较佳的，控制相机(4)的快门打开时间大于脉冲平行光源(3)的照明时 间。
较佳的，脉冲平行光源(3)采用脉宽小于50ns的红外激光二极管作为光 源，并经准直光学系统实现。
较佳的，将玻璃线纹尺(2)送检，对其上的分划刻度(7)进行计量。
本发明具有如下有益效果：
本发明的激光靶弹丸脱靶量测量校准方法，在激光光幕中设置特制的玻璃 线纹尺，用于标定激光光幕的位置，同时在启动靶与停止靶中采用脉冲平行光 源照射相机，对弹丸和玻璃线刻尺上用于标定激光光幕位置的标志线进行阴影 成像，再利用玻璃线纹尺上经计量过的刻线间距标定像素尺寸，测量弹丸弹尾 与标志线(即激光光幕)之间的距离，可精确测量出弹丸的脱靶量，并实现脱 靶量测量值的溯源校准；
另外，本发明的脱靶量测试方法采用背光阴影成像的方式，相比较前景光 照明，所需脉冲光源的能量小，且对弹丸的材质，飞行姿态要求低，提高了弹 丸的捕获率；采用红外脉冲激光平行光源，避免弹丸射击时与理想弹道线偏离 时影响脱靶量的测量，并适应对高速目标的清晰成像，还可以减小可见光对成 像的干扰，通过调节光学系统，可以改变平行光的口径，适合不同尺寸的弹丸；
特质的玻璃线纹尺侧面的尺寸分划线用来标定像素，计算脱靶量，光幕标 志线用来调节激光靶以及脉冲平行光源和高分辨率相机之间的位置关系，其尺 寸小，精度高，安装方便，可减小系统的复杂性；
用弹丸过靶信号的上升沿和下降沿分别控制高分辨率相机和脉冲平行光 源，确保对高速目标的清晰成像，且性价比高。
附图说明
图1为本发明的停止靶分系统和启动靶分系统的布置图；
图2为本发明的校正方法原理图；
图3为本发明的玻璃线纹尺示意图；
图4为触发信号时序控制图；
图5为脱靶量获取示意图；
其中，1-激光靶，2-玻璃线纹尺，3-脉冲平行光源，4-高分辨率相机，5- 弹丸，6-弹丸过靶信号，7-尺寸分划刻度，8-光幕标志线，9-相机触发脉冲， 10-光源触发脉冲，11-阴影图像，s为静态测量靶距，l1，l2分别为启动靶和停 止靶的脱靶量，s1为经脱靶量修正后的实际靶距。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明的一种基于脉冲阴影成像的激光靶弹丸脱靶量测量校准方法，利用 搭建的启动靶分系统和停止靶分系统实现，如图1所示，两个分系统均包括激 光靶1、玻璃线纹尺2、脉冲平行光源3、高分辨相机4四个关键部分。
激光靶1的激光光幕两侧分别架设脉冲平行光源3与高分辨率相机4；如图 2所示，脉冲平行光源3对准大幅面高分辨率相机4的图像传感器，并覆盖图像 传感器整个幅面，在图像传感器上形成亮区。
如图3所示，玻璃线纹尺2为长方体玻璃块，两个相对的侧面上对称位置 上设置有光幕标志线8和精确的分划刻度7。玻璃线纹尺2置于沿弹道高度的激 光光幕面内，激光靶1的激光从底面入射到玻璃线纹尺2内部时可以看到光线 在其内部传播的轨迹，令玻璃线纹尺2上两侧面的光幕标志线8与激光光幕平 面重合，此时说明激光光幕与玻璃线纹尺2间位置关系为最佳状态。光幕标志 线8遮挡脉冲平行光源3的部分平行光，在相机4图像传感器上形成暗区，亮 区与暗区的边界即为光幕标志线8的投影，静态时，令相机4上形成重合的光 幕标志线8阴影，并记录其影像，此时说明各部分间位置关系调整到最佳状态。
启动靶分系统和停止靶分系统各包括一个激光光幕，当弹丸5飞行穿过激 光光幕时，探测光通量的变化，分别形成弹丸过靶信号6，先后产生两个触发计 时脉冲，根据两激光光幕间的靶距和两触发计时脉冲间的时间间隔，可计算弹 丸5的速度。由于计时时刻的间隔内弹丸飞行距离与实际靶距之间存在误差， 因此本发明采用以下方法校准脱靶量，具体方法如下：
当弹丸5通过启动靶的激光光幕时，激光靶1产生弹丸过靶信号6，如图4 所示，经信号整形处理，在弹丸过靶信号6的上升沿一定阈值处产生一个相机 触发脉冲9，此时弹丸5进入激光光幕，相机触发脉冲9控制相机4打开快门； 在弹丸过靶信号6下降到峰值一半时，弹丸5离开激光光幕，此时产生脉冲光 源触发脉冲10(同时该脉冲亦用作激光靶1计算速度的计时时刻脉冲)，控制脉 冲平行光源3发光照明，弹丸5遮挡脉冲平行光源3的部分平行光，在图像传 感器上形成暗区，亮区与暗区的交界即为弹丸弹尾的投影；由此，光幕标志线8 和弹丸5均投影在相机4的图像传感器上，如图5所示，I表示启动靶分系统记 录的光幕标志线8和弹丸5的阴影图像11；光幕标志线8与弹丸5弹尾间的距 离即为脱靶量的测量值l1，它等于在成像传感器中光幕标志线8与弹丸5弹尾间 的像素的数量n1乘以单个像素的尺寸m，即l1＝n1×m。而单个像素的尺寸m等于 玻璃线纹尺2分划刻度7的计量值a和其在相机4的图像传感器上投影所占的像 元数N的比值m＝a/N。
与启动靶分系统测量弹丸5脱靶量的方法相同，获得在弹丸5经过停止靶 分系统的激光靶1时的脱靶量l2；如图5所示，II表示停止靶分系统记录的光幕 标志线8和弹丸5的阴影图像11；通过射击一组弹丸5(10发)，求取启动靶分 系统与停止靶分系统脱靶量的差值的平均值设静态靶距测量值为s，则通 过脱靶量测量，将靶距修正为
其中，为保证相机4拍摄到光幕标志线8和弹丸5脱靶时阴影图像，相机 触发脉冲9的脉宽应大于脉冲光源触发脉冲10的脉宽。
本发明中，脉冲平行光源3采用大功率红外窄脉冲激光二极管(脉宽应小 于50ns)作为光源，经光学系统准直后形成平行光源。
通过将玻璃线纹尺2送检，对其上的分划刻度7值进行计量，可实现脱靶 量测量值的溯源校准。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保 护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种激光靶弹丸脱靶量测量校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、在弹丸(5)飞行路径上间隔设定距离搭建启动靶分系统和停止靶分系统；其中，两个分系统均包括激光靶(1)、玻璃线纹尺(2)、脉冲平行光源(3)以及相机(4)；脉冲平行光源(3)与相机(4)分别架设在激光靶(1)的激光光幕两侧；脉冲平行光源(3)对准相机(4)的图像传感器，并覆盖图像传感器整个幅面；
所述玻璃线纹尺(2)为长方体玻璃块，两个相对的侧面上对称位置上设置有光幕标志线(8)和分划刻度7；玻璃线纹尺(2)置于沿弹丸(5)飞行弹道高度的激光光幕面内；玻璃线纹尺(2)上两侧面的光幕标志线(8)与激光光幕平面重合；
步骤2、当弹丸(5)射出并通过启动靶分系统的激光光幕时，接收激光靶(1)产生的弹丸过靶信号；在弹丸过靶信号的上升沿的设定位置时控制相机(4)打开快门；在弹丸过靶信号下降到峰值一半时，控制脉冲平行光源(3)发光照明；在相机(4)获得图像中，计算光幕标志线(8)与弹丸(5)弹尾间的距离即为脱靶量的测量值l1，l1＝n1×m；其中，n1为图像中光幕标志线(8)与弹丸(5)弹尾间的像素的数量；m为单个像素的尺寸；单个像素的尺寸m等于玻璃线纹尺(2)的分划刻度的计量值a和其在相机(4)的图像传感器上投影所占的像元数N的比值m＝a/N；
步骤3、在弹丸(5)飞行到停止靶分系统的激光光幕时，按照与启动靶分系统测量弹丸(5)脱靶量的方法相同，获得在弹丸(5)经过停止靶分系统的激光靶(1)时的脱靶量l2；
步骤4、根据步骤2获得的脱靶量l1和步骤3获得的脱靶量l2，计算靶距修正量为其中，s为启动靶分系统和停止靶分系统中两个激光光幕的距离。
2.如权利要求1所述的激光靶弹丸脱靶量测量校准方法，其特征在于，通过射击一组弹丸(5)，求取启动靶分系统与停止靶分系统脱靶量的差值的平均值得到靶距修正量为
3.如权利要求1所述的激光靶弹丸脱靶量测量校准方法，其特征在于，控制相机(4)的快门打开时间大于脉冲平行光源(3)的照明时间。
4.如权利要求1所述的激光靶弹丸脱靶量测量校准方法，其特征在于，脉冲平行光源(3)采用脉宽小于50ns的红外激光二极管作为光源，并经准直光学系统实现。
5.如权利要求1所述的激光靶弹丸脱靶量测量校准方法，其特征在于，将玻璃线纹尺(2)送检，对其上的分划刻度(7)进行计量。
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